Nieuwe techniek maakt 3D-printen van supportstructuren overbodig

Een nieuwe ontwikkeling kan 3D-printen mogelijk efficiënter, goedkoper en duurzamer maken. Het gaat om een speciaal printbed dat is voorzien van uitschuifbare pinnen. Deze pinnen ondersteunen het object en maken hiermee het printen van traditionele supportstructuren overbodig. Het printbed is ontwikkeld door de Amerikaanse USC Viterbi School of Engineering.

Additieve productie wordt vaak gezien als een veelbelovende productietechnologie. Zo kunnen objecten met behulp van additieve productie ter plekke worden geprint. Dit zonder dat hiervoor bijvoorbeeld speciale mallen hoeven te worden vervaardigd. Dit maakt onder meer productie in kleine oplages en de productie van op maat gemaakte producten mogelijk. Ook kunnen prototypes lokaal en veel sneller worden geproduceerd.

Fused deposit modeling

Een bekende vorm van additieve productie is fused deposit modeling (FDM). Een FDM-printer is voorzien van een statisch printbed, waarover een printkop beweegt. Deze printkop print laag voor laag een object, waarbij telkens een nieuwe laag materiaal op de voorgaande laag wordt geprint.

De FDM-techniek kent echter beperkingen. Zo is het printen van vrijhangende objecten niet mogelijk. Wil je daarom bijvoorbeeld een theekopje met oor printen? Dan moet een supportstructuur worden geprint ter ondersteuning van het oor. Deze structuur zorgt dat het oor voldoende ondersteuning heeft. En tijdens het uitharden zijn vorm behoudt.

Tijdrovend en kostbaar

Het printen van supportmateriaal is echter niet ideaal. Zo vergroot de werkwijze het gebruik van filament, verlengt het printproces en verhoogt de kosten. Zo moet het materiaal na afloop van het printproces worden verwijderd, wat doorgaans handmatig gebeurt. Dit kan ook impact hebben op het geprinte object. Zo kan het verwijderen van supportmateriaal bijvoorbeeld leiden tot ruwe oppervlaktes of kleine afwijkingen in afmetingen. In veel gevallen is het geprinte supportmateriaal daarnaast niet herbruikbaar. Het gebruikte filament gaat dan ook verloren, wat impact heeft op het milieu.

Een nieuw printbed ontwikkeld door onderzoekers van USC Viterbi School of Engineering biedt uitkomst. Het gaat hierbij om een team onderzoekers onder leiding van hoogleraar industriële en systeemwetenschappen Yon Cheng en student Xang Xu. De bevindingen zijn geproduceerd in Additive Manufacturing.

Uitschuifbare metalen pinnen

Het printbed is voorzien van meerdere uitschuifbare metalen pinnen. Deze pinnen kunnen naar de gewenste hoogte worden uitgeschoven om prints op juiste locatie te ondersteunen. Wil je bijvoorbeeld het eerder genoemde theekopje met oor printen? Dan kan het oor worden ondersteund met behulp van één of meerdere pinnen. Deze worden tot direct onder het oor uitgeschoven, wat supportmateriaal overbodig maakt.

Experimenten van de onderzoekers laten zien dat de techniek winst oplevert. Zo dringt het nieuwe printbed de gebruikte hoeveelheid filament met 35% terug. Afhankelijk van het gebruikte materiaal kan de financiële besparing oplopen. Zo wordt additieve productie ook steeds vaker gebruikt voor het printen van biomaterialen, bijvoorbeeld voor het opbouwen van weefsels.

Alle pinnen aangedreven met één motor

Helemaal nieuw is het concept niet. De pinnen werden bij eerdere ontwikkelingen echter door individuele motors uitgeschoven. Hierdoor zijn relatief veel motors nodig, wat kosten met zich meebrengt. De onderzoekers zijn er echter in geslaagd alle pinnen met slechts één motor aan te drijven. Dit dringt de kosten aanzienlijk terug. De onderzoekers verwachten dat hun ontwikkeling op termijn kan worden aangepast voor gebruik in grootschaligere toepassingen.

Auteur: Wouter Hoeffnagel
Foto door: Yong Chen